¿Hay algo malo con esta acción modificada de Einstein-Hilbert de primer orden?

La acción de Einstein-Hilbert:

S mi H = 1 2 k gramo gramo a b ( Γ C a b , C Γ C a C , b + Γ d a b Γ C C d Γ d a C Γ C b d ) d 4 X

Contiene segundas derivadas de gramo ya que los símbolos de Christoffel contienen derivados de gramo pero usando integración por partes se puede convertir en una forma con solo primeras derivadas del tensor métrico:

S mi H = 1 2 k ( Γ C a b C ( gramo gramo a b ) + Γ C a C b ( gramo gramo a b ) + gramo gramo a b ( Γ d a b Γ C C d Γ d a C Γ C b d ) ) d 4 X .

¿Es esto equivalente? A veces leo sobre 'términos superficiales' pero no estoy seguro de lo que esto significa.

Cuando lo resuelves es:

S mi H = 1 8 k gramo ( gramo a b gramo d mi gramo C F + 2 gramo a C gramo b F gramo d mi + 3 gramo a d gramo b mi gramo C F 6 gramo a d gramo b F gramo C mi ) C gramo a b F gramo d mi d X 4
(Aunque podría haberme equivocado en algunas de las constantes). Me gusta este formulario porque es similar a Maxwell Action:
S METRO = 1 2 gramo ( gramo a C gramo b d gramo a d gramo b C ) a A b C A d d X 4

El término de superficie por el que se diferencian implica tanto la métrica como su derivada, y no se puede fijar tanto la métrica como su derivada en el límite, por lo que las dos acciones se diferencian por un término de superficie que técnicamente no se puede establecer en cero. Si consideramos la acción EH con el término límite GHY agregado, entonces los dos son equivalentes. Desde el punto de vista del cálculo variacional formal, las divergencias totales están en el núcleo del operador de Euler-Lagrange y las ecuaciones de movimiento de las dos acciones son las mismas.
@Bence Si no son equivalentes, ¿cómo sabemos cuál es "correcto"?
@zooby, la invariancia de calibre de GR es tal que termina con un hamiltoniano que es cero en todas partes excepto en el límite, por lo que al hacer la transformación de Legendre, uno no puede descartar ingenuamente los términos del límite: contienen información no trivial.
1) Si tomamos el problema variacional "literalmente" en lugar de "formalmente", entonces la acción EH solo es correcta si agregamos el término GHY, que los iguala. 2) Si solo nos preocupamos por las EoM clásicas, entonces producen las mismas EoM.
¿Por qué se necesita el término GHY? ¿No es el espacio infinito sin un límite?
Por favor, ponga esta información en una respuesta.

Respuestas (1)

  1. La primera (2da) acción de OP es (no es) covariante/geométrica, respectivamente. La segunda acción de OP se transforma con un término límite bajo transformaciones de coordenadas generales.

  2. El motivo del término límite GHY en primer lugar se explica, por ejemplo, en esta publicación de Phys.SE.

  3. OP pregunta en un comentario:

    ¿Por qué se necesita el término GHY? ¿No es el espacio infinito sin un límite?

    Al derivar ecuaciones de Euler-Lagrange (EL) a partir de un principio variacional, necesitamos integrar por partes. No podemos hacer esto a menos que establezcamos condiciones de contorno (o condiciones de caída) en el infinito espacial.